三菱交流永磁伺服系统的应用研究(3)
1.1.3 伺服系统的分类
伺服系统按其驱动元件划分，有步进电动机伺服系统、直流电动机伺服系统、交流电动机伺服系统,按控制方式划分：有开环伺服系统、闭环伺服系统和半闭环系统等[7]。
（1）开环系统：主要有驱动电路、执行元件和被控对象三大部分组成[8]。主要应用于步进电机的控制,其开环系统构成图如图1.1所示。
图1.1 开环系统构成图
（2）闭环系统：主要由执行元件、比较环节、驱动电路、检测单元和被控对象5部分组成[7] 如图1.2所示。通过比较环节将指令信号和反馈信号比较，判断被控对象是否移动指令要求的位移量，并将两者的误差作为伺服系统的输入信号，经驱动电路控制对象带动平台继续移动，直至位移误差为零[8]。
图1.2 闭环系统结构图
1.1.4 伺服系统的基本要求和特点
1.基本要求：
（1）稳定性好：系统受扰动后能自适应恢复原有稳定状态。
（2）精度高：系统输出量与输入指令量误差小，精确度高。
（3）响应时间短:响应时间短体现出系统能较快响应控制信号的特性，它要求响应震荡时间短，另外也要求响应前沿陡度要大。
2.主要特点：
（1）精确的检测装置：以组成速度和位置闭环控制。
（2）反馈比较原理与方法多样：主要有脉冲、相位、幅值比较三种[1]。
（3）高动态响应的伺服电机。
（4）宽调速范围的速度调节系统：从系统的控制结构来看，数控机床的位置闭环系统可以看做是位置调节为外环，速度调节为内环的双闭环控制自动控制系统。数控机床的主运动要求调速性能比较高，因此要求伺服系统为高性能的宽调速系统。
1.1.5 交流永磁伺服系统的优势以及发展前景
交流伺服电机克服了直流伺服电动机存在电刷和换向器而带来的各种限制，没有电刷的损耗所以不需要定期保养[9]。没有电刷的磨刷碳粉，因此电机可以在清洁环境下使用。交流伺服系统使用逆变器进行驱动，因此低噪声、低振动，旋转精度以及定位性能很高。交流永磁伺服电机主要应用于数控车床切削进给动力，精密测量台的控制方面。
随着伺服技术与控制策略的不断发展，要求交流永磁伺服系统向数字化控制、高分辨率、高动态响应方向发展，具体来说有如下几点：
（1）对于交流电机控制系统来说，无论速度控制还是位置或转矩控制，都需要调节电机转速，因此交流变频是所有交流电机控制系统的基础，而电力电子器件、脉宽调制技术、矢量控制理论更是实现变频调速的关键性技术。
（2）编码器等检测元件有更大的开发空间。
（3）无刷电机因为结构上比有刷电机更容易加速，所以高性能的伺服电机开发前景比较好。
（4）控制理论策略在伺服系统控制中占据重要地位，控制理论策略的突破与创新将引领伺服控制系统的革新。
（5）充分利用迅速发展的电子和计算机技术，采用数字式伺服系统，利用微机实现调节控制，增强软件控制功能，排除模拟电路的非线性误差和调整误差以及温度漂移等因素的影响，这可大大提高伺服系统的性能，并为实现最优控制、自适应创造条件[1]。
（6）在国外，以工业局域网技术为基础的工厂自动化（Factory Automation简称FA）工程技术在最近十年来得到了长足的发展，并显示出良好的发展势头[10]。为适应这一发展趋势，最新的伺服系统都配置了标准的串行通信接口（如RS—232C接口等）和专用的局域网接口。这些接口的设置，显著增强了伺服单元与其它控制设备的互联能力，从而与CNC系统间的连接也因此变得十分简单，只需要一根电缆或光缆，就可以将数台，甚至数十台伺服单元与上位计算机连接成为整个数控系统[4]。